Automação. Industrial. Prof. Alexandre Landim

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1 Automação Industrial Prof. Alexandre Landim

2 Automação Industrial Elementos Sensores 1. Introdução Onde quer que se deseje detectar presença, posição, aproximação ou medir distância, pode ser utilizado um elemento sensor para satisfazer essa necessidade. Esta detecção é feita pela face sensora do sensor, que ao ser acionado envia um sinal elétrico. A extensa família de sensores, para automação industrial contempla sensores Indutivos, Ópticos (fotoelétricos, fibra-óptica, laser), Ultra-sônicos (Sonares), e Capacitivos. Existem sensores convencionais ou com comunicação, por exemplo, do tipo AS- Interface, o que permite a extensa aplicação em sistemas de automação dos níveis mais simples até os mais complexos, suportando ambientes onde é requerido alto grau de proteção. Características Fundamentais dos Sensores para Automação O sinal de um sensor está associado ao sistema de controle automático, sendo caracterizado por - Linearidade - Faixa de atuação - Histerese - Sensibilidade - Superfície Ativa - Fator de correção - Freqüência de Comutação - Distância Sensora ( Nominal e Real ) Visão Geral das famílias de sensores e seus principais tipos

3 2. Tipos de Sensores Sensores Indutivos São indicados para aplicações onde se deseja detectar a presença ou aproximação de peças ou qualquer tipo de objeto metálico, pois funcionam através do princípio de geração de um campo eletromagnético. São utilizados em diversos segmentos como indústria automobilística, têxtil, de papel e celulose, impressão, processamento de plástico, linhas de montagem e diversas outras aplicações. Os sensores indutivos são utilizados na detecção de objetos metálicos, podendo realizar contagem, medições de velocidade, posicionamento entre outras aplicações. A linha de sensores indutivos tem sido extensamente aplicada em sistemas de automação dos níveis mais simples até os mais complexos, suportando ambientes onde é requerido alto grau de proteção. Através da extensa gama de produtos, a linha de sensores indutivos apresenta dispositivos com distância sensora de 0,6 a 75mm em formatos cilíndricos ou cúbicos, conexão a 2, 3 e 4 fios, com conectores M8, M12 ou M18. Tensão de alimentação nas faixas de 10 a 265 VCC ou 20 a 320 VCA e grau de proteção IP65, IP67 e IP68.

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6 Sensores Capacitivos Funcionam baseados na geração de um campo elétrico, sendo aplicados na detecção de objetos plásticos, em estado líquido, pós, madeira, material orgânico, papel e diversos outros materiais. Os sensores da linha capacitiva possuem potenciômetros para ajuste de sensibilidade de acordo com o material a ser detectado. A linha de sensores capacitivos atende grande número de aplicações já que estes sensores são capazes de detectar inúmeros tipos de materiais, desde que estejam localizados dentro da distância de atuação do sensor. O campo elétrico gerado por este sensor sofre uma alteração devido a mudança do dielétrico do meio ocasionada pela presença do objeto em detecção. Desta maneira é possível monitorar níveis de líquidos, pós e outros tipos de materiais. Complementam a linha de sensores sendo aplicados na detecção de objetos plásticos, em estado líquido, pós, madeira, material orgânico, papel e diversos outros materiais.

7 A linha é capaz de detectar a presença de materiais numa distância de até 20 mm, com conexão do sensor podendo ser realizada através de conector ou cabo. A alimentação pode ser de 10 a 65 VCC, ou 20 a 250 VCA, de acordo com o que a aplicação solicita. Sensores Ópticos (Fotoelétricos) Baseados no princípio de emissão e recepção de luz, os sensores fotoelétricos, por exemplo, da Siemens, são capazes de detectar a presença de materiais capazes de refletir ou interromper a luz, e desta maneira, são amplamente utilizados nas mais diversas áreas, como em linhas de empacotamento, paletizadoras, processamento de papel e plástico, indústrias têxteis, detecção de marcas e cores e de objetos transparentes. Existem linhas destes sensores que ainda conta com dispositivos com fibras-ópticas, laser, saídas analógicas e supressão de fundo.

8 São amplamente utilizados nas mais diversas áreas, como em linhas de empacotamento, paletizadoras, processamento de papel e plástico, indústrias têxteis, detecção de marcas, cores e de objetos transparentes. A linha Siemens ainda conta com dispositivos com fibra-óptica e tecnologia laser. Os sensores ópticos BERO, facilmente programáveis e se baseiam em três princípios de funcionamento: barreira, difuso e retroreflexivo. Os sensores ópticos apresentam uma enorme variedade de formatos, e pode atuar com distâncias sensoras de 3cm a 50 m. Os formatos podem ser cilíndricos e cúbicos, em tamanhos reduzidos economizando espaço e nos tamanhos usuais, além dos especiais, para aplicações onde o mais elevado grau de desenvolvimento é necessário. A alimentação pode ser de 10 a 36 VCC, ou 20 a 320 VCC/VCA. Barreira: O emissor e o receptor estão em corpos distintos, dispostos frente a frente. Um dos corpos contém o emissor, enquanto que o receptor fica no outro. A saída do sensor é acionada, quando um objeto interrompe o feixe de luz entre o emissor e o receptor.

9 Difuso: Possui o emissor e o receptor num único corpo e o acionamento da saída do sensor acontece quando um objeto entra na região sensora, refletindo o feixe de luz emitido pelo transmissor de volta ao receptor. Retroreflexivo: Princípio de funcionamento semelhante ao do difuso, onde o emissor e o receptor estão localizados em um único corpo, porém nos retroreflexivos a saída é acionada, quando o feixe de luz emitido pelo transmissor é refletido de volta ao receptor por um espelho prismático. Quando um objeto interrompe o feixe de luz, impedindo que este atinja o espelho e retorne ao receptor do sensor, a saída do sensor é acionada.(dark-on)

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11 Sensores Ultra-Sônicos Baseiam-se na emissão de ondas sonoras de altíssima frequência e a medição do tempo levado para recepção do eco produzido, quando esta onda se choca com um objeto capaz de refletir som. Assim materiais transparentes, independentes da cor e até em estado líquido podem ser detectados pelos Sonares. Nestes sensores é possível escolher e determinar a área de atuação do sensor manualmente através de potenciômetros no corpo do sensor.

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13 Estes sensores baseiam-se na emissão de uma onda sonora de altíssima freqüência e a medição do tempo levado para recepção do eco produzido, quando esta onda se choca com um objeto capaz de refletir som. Assim materiais transparentes, independentes da cor e até em estado líquido podem ser detectados pelos sensores ultra-sônicos BERO. Nestes sensores é possível escolher e determinar a área de atuação do sensor graficamente, através da interface de programação e software SONPROG. Também é possível realizar ajustes da distância sensora através de potenciômetros. Os sensores sonares podem ser utilizados para diversas aplicações. Veja a seguir: Comparação entre sensores de proximidade ultra-sônicos e óticoscaracterísticas típicas Ultra-sônico Óptico -Ponto de operação independente da -Ponto de operação dependente superfície de materiais, cor, intensidade da superfície de materiais, cor, de luz e contrastes -intensidade de luz e contrastes -óticos -óticos -Insensível a poluição, por isso não -Sensível a poluição, por isso necessita manutenção necessita manutenção -Exatidão > 1 mm -Exatidão > 0,25 mm -Freqüência 8 Hz -Freqüência 1000 Hz -Sensível a turbulências atmosféricas -Insensível a turbulências e temperatura atmosféricas e temperatura Difuso: Detecta a presença de um objeto na faixa da distância sensora. A onda sonora se choca com o objeto a ser detectado e comuta a saída. Aplicado normalmente para detectar presença ou contagem de peças. Reflexivo: Emite e recebe a onda sonora constantemente, que é refletida por um anteparo. Quando um objeto entra na área de atuação entre o sensor e o refletor, a saída do sensor é comutada. Aplicado para detectar a presença de objetos com superfícies irregulares ou que absorvem o som. Difuso com supressão de fundo: Este modo de operação é semelhante ao difuso, com a diferença que é possível delimitar a distância sensora realizando a supressão de fundo com excelente desempenho. Difuso com supressão de frente: Semelhante à supressão de fundo, porém determina-se a distância sensora mínima em que o objeto a ser detectado deve estar posicionado para que a saída do sensor comute.

14 Difuso com supressão de frente e de fundo: Neste modo, determina-se um intervalo, mínimo e máximo, no qual o objeto deve estar posicionado, para que o a saída do sensor comute. Saída analógica: Os sensores sonares podem ainda medir distância e apresentar valores equivalentes de tensão e corrente, que variam proporcionalmente à distância em que o objeto em detecção se encontra. Os sensores da linha 3RG6 atuam como apresentado em distâncias de até 10m. Com conexões através de conectores M12, e alimentação de 10 a 30 VCC. Os formatos variam, atendendo às mais diversas necessidades de aplicações. Vantagens - Para detecção de objetos a distâncias determinada - Detecção de objetos de diferentes materiais, formas e cores - Detecção de objetos pequenos em longa distância Pode ser usado: - como sensor de proximidade com supressão de fundo - como barreira de reflexão - para saída da distância de objeto de forma digital ou analógica - Funcionamento constante sem manutenção Materiais e ObjetosExemplos para objetos Exemplos para materiaistelhas Metal Garrafas Paleta Blocos de aço Pessoas Portas Veículos Fogões Placas de chumbo colorido) Transparências Vidro plano Entulho Esteiras Níveis líquidos Partes de máquina Peças de automóveis Pedra Terra Cimento Madeira Vidro Tabaco Esmalte Plástico (transparente e Styropor Roupas Papel Borracha Koks Líquido

15 1.Distância sensora SN 2.Tensão de alimentação: VCA / VCC 3.Tipos de saída: CA CC Como especificar um sensor PNP NPN Saídas: NA, NF ou NANF 4.Material a ser detectado: - Metal (ferroso, não-ferroso, opaco, translúcido, transparente) - Não metal 5.a- Dimensões do alvo: - Diâmetro - Final alvo: brilhante / escuro 5.b- Dimensional do Sensor 6.Conexão elétrica: cabo, conector 7.Temperatura de operação ambiente: ºC 8.Ambiente: poeira, óleo, umidade/névoa 9.Detecção cores 10.Proteção contra água (IP) 11.Tipo de Excitação: Light On e Dark On

16 Umidade Relativa e Temperatura do Ar O Sensor de Umidade Relativa e Temperatura do Ar combina sensores de umidade e temperatura de alta precisão em um único instrumento. Ambos os sensores fornecem sinais de saída diretamente proporcionais à umidade relativa e temperatura. O processamento digital de sinais embutido no sensor garante uma precisa linearização dos sinais de saída em toda a faixa de operação e total intercambialidade do sensor. Construção O invólucro do sensor e do circuito eletrônico são moldados em plástico injetado e estabilizado para U.V. O invólucro do circuito é selado, sendo à prova de respingos e poeira. Todas as conexões elétricas são feitas através de um conector selado na base do sensor. O Sensor de Umidade Relativa e Temperatura do Ar opera de 0 a 100 %UR. Os transdutores internos não sofrem danos mesmo com condensação. O circuito digital do sensor realiza a compensação de temperatura e a linearização do sinal de saída. O armazenamento dos dados de calibração do sensor em memória interna não volátil fornece uma maior acurácia nas leituras. Características - Processamento digital de sinal - - Umidade relativa e temperatura do ar em um único sensor - - Alta acurácia de leitura e linerização - - Sinais de saída condicionados - - Excelente estabilidade de longo termo - - Baixo tempo de resposta % intercambialidade

17 Direção e Velocidade do Vento O Sensor de Direção e Velocidade do Vento S2011 mede direção e velocidade horizontais do vento. Desenvolvido originalmente para uso em bóias oceânicas de dados, ele é robusto e resistente à corrosão, além de preciso e leve. Construção O invólucro principal, nariz do cone, hélice e outras partes internas são de plástico injetado estabilizado contra UV. Tanto a hélice quanto os eixos verticais usam rolamentos de aço inoxidável de precisão. O compartimento dos rolamentos é vedado com selos de teflon e é preenchido com graxa de larga faixa de temperatura para impedir contaminação por poeira e umidade. A rotação da hélice produz uma onda senoidal AC induzida numa bobina estacionária por um ímã de seis polos montado no eixo da hélice. Não são usados anéis ou escovas, o que aumenta a confiabilidade do conjunto. Características - Direção e velocidade do vento em um único sensor - - Garante monitoramento contínuo, acurado e de longo termo em ambientes hostis - - Materiais leves e resistentes à corrosão - - Rolamentos de aço inoxidável - - Modelo para aplicação marítima

18 Sensor de Nível S2103/S2104 O Sensor de Nível S2103/S2104 é especialmente projetado para medição de profundidade e/ou nível de poços, canais, rios e outras aplicações semelhantes. Construção A construção em titânio assegura um excelente tempo de vida em ambientes hostis, incluindo aplicações químicas e corrosivas. A fabricação tem garantia de 5 anos contra corrosão. Um avançado sensor de pressão piezoresistivo de silício micro-usinado fornece excelente performance e resistência a choques e vibrações. Um cabo de poliuretano de alta resistência é moldado ao corpo do transdutor, fornecendo um conjunto à prova d'água e de alta integridade. O cabo é reforçado com "kevlar" de maneira a evitar alongamento quando em uso em poços profundos. Características - Alta exatidão - - Construção toda em titânio soldado - - Excelente estabilidade - - Tamanho reduzido - - NEMA 6 (IP68) Sensor de Pressão Atmosférica S2020 O Sensor de Pressão Atmosférica S2020 é indicado para leituras de pressão com grande exatidão e em longos períodos. Seu projeto simples e robusto facilita a sua instalação e permite a instalação dentro do gabinete da PCD em pequenos espaços. Existem duas opções de erro máximo que podem ser especificadas na ordem de compra, de 0.05% ou 0.03% do fundo de escala. Estão disponíveis escalas de 800 a 1100 hpa ou de 600 a 1100 hpa.

19 Sensor de Pressão Atmosférica S2021 O Sensor de Pressão Atmosférica S2021 é robusto, de baixo custo e apresenta grande exatidão, estabilidade térmica e de longo termo. É ideal para uso em aplicações remotas alimentadas por baterias e painéis solares. Construção Seu sensor capacitivo variável de cerâmico segue um projeto mecânico único. Uma cápsula cerâmica simétrica se deforma proporcionalmente à pressão aplicada. Eletrodos de ouro em contato com a superfície interna da cápsula formam o capacitor variável. Conforme a pressão cresce, os eletrodos são movidos um de encontro ao outro, aumentando a capacitância. Ele pode ser utilizado para medição de pressão de qualquer gás ou líquido compatível com alumínio, cerâmica, ouro e elastômero de silicone. Características - Ambientalmente robusto - - Excelente estabilidade de longo termo - - Baixo consumo - - Resposta rápida - - Tamanho reduzido - - Baixo custo